L型升压变换器的拓扑结构的制作方法

专利名称：L型升压变换器的拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种升压变换器的电路拓扑结构，特别涉及一种采用单电感的DC-DC型升压 变换器的拓扑结构。
背景技术：
在传统的DC-DC升压电路中，当升压倍数比较高时，常采用变压器结构的变换器，或多 级升压的结构。由于升压倍数较高，控制精度难以得到保证，同时系统串联结构导致了系统 可靠性低及稳定性等不足。 发明内容本发明所要解决的技术问题是解决升压倍数较高时的控制精度，提出了一种采用多个 输出电容串联，并对各个输出级联电容分别进行升压控制的拓扑结构，实现高性能的升压变 换。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下一种L型升压变换器的拓扑结构，通过k个开关器件串联构成L型变换器的横轴；通过 k个电容串联构成L型变换器的纵轴；横轴最左端的开关通过电感与直流输入电源的高电位 端相连，直流输入电源的低电位端与横轴各个节点由开关支路相连；横轴相邻两个可控开关 间的节点和纵轴上相邻两个电容间的节点，由单向开关支路连接；通过扩展L型结构的横、 纵轴以及单向整流支路、单向可控开关支路，能拓展变换器，k为大于或等于l的正整数。 本发明的有益效果与传统的DC-DC升压变换器相比较，本发明所公开的L型升压变换器采用单电感的结构， 对各个串联输出侧的电容进行独立充电，在较高升压倍数的情况下，有较高的控制精度；同 时，也克服了多级串联系统的稳定性及可靠性不足等问题。


图1为本发明提出的L型升压变换器的拓扑结构图。 图2 (a)为可控开关的M0SFET等效示例图。 图2 (b)为可控开关的IGBT等效示例图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明图1为L型升压变换器的拓扑结构图。通过可控开关5 、 S21……^,共k个器件串联构 成L型变换器的横轴；通过电容C,、 C2……Ck共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；开 关&,的一端经电感^与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关513、 S23……&3构成的支路；电容Ci与C(M (i=l,2……k-l，下同)之间的节点和横轴上开关Su 与S(i+w的节点之间是由可控开关S^、 &2……&2构成的支路，电容Ck的一端通过二极管与 ^和电感^的节点相连，且二极管的阴极端接电容Ck; k为正整数，且k^l;通过扩展L型结构的横、纵轴以及开关支路，可以拓展变换器。负载R^表示系统的负载，有多种构成形式及性质。可控开关&p &2、 &3、电容Ck构成L型升压变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，将增加变换器的级数。纵轴上的电容q、 C2……Ck是输出电容，电容支路采用串联式同时放电方式，独立分时充电方式。放电状态与传统的升压变换器一样，在此不做赘述，以下对各个电源的分时充 电进行简述描述。各个电容的充电过程可分为电感储能的阶段、电感向电容进行能量转移的阶段，以图1 中所示的电容C; (n=l， 2……k)为例，其储能及能量转移过程中，开关5^G、w)处于断开状态，开关5;1(7'>")、 S( —1)2、 &3处于开通状态，通过&,的开关状态切换进行工作，详细 过程如下。电感储能阶段当可控开关&,导通时，使得可控开关&,、 ……Snl、 5 2处于导通状态，此时，电源V、电感^、可控开关&,、……&,、 &2、 S"3构成回路，直流输入电源对电感进行储能，电感上的电流不断增加。能量向电容转移阶段可控开关S^状态切换成截止，此时电源V、电感i^、可控开关&2的反联联二极管、电容C"、可控开关S("—1)2、 &3构成回路，此时直流输入电源及电感的能量向电容C"转移。图2(a)为可控开关的M0SFET等效示例图。图2(b)为可控开关的IGBT等效示例图。拓扑 中的开关能选多种可控开关或开关拓扑结构，此处仅给出两种示例。
权利要求
1. 一种L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过可控开关S11、S21……Sk1共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容C1、C2……Ck共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；可控开关Sk1的一端经电感LA与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关S13、S23……Sk3构成的支路；电容Ci与C(i+1)，i＝1，2……k-1，之间的节点和横轴上可控开关Si1与S(i+1)1的节点之间是由可控开关S12、S22……Sk2构成的支路，电容Ck的一端通过二极管与可控开关Sk1和电感LA的节点相连，且二极管的阴极端接电容Ck；k为正整数，且k≥1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器。
2. 根据权利要求1所述的L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于可控开关&。 &2、 &3、电容Ck构成L型升压变换器的扩展单元组，按上述的连接方式扩展电路时，将增加变换器的级数。
3. 根据权利要求1所述的L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于可控开关Su、S21……&、 S12、 &2……S^w采用具有反并联二极管的全控电子开关或开关组件；可控开关513、 S23……&3采用反向阻断的全控电子开关或开关组件。
全文摘要
本发明公开了L型升压变换器的拓扑结构，其特征在于通过可控开关S₁₁、S₂₁……S_k1共k个器件串联构成L型变换器的横轴；通过电容C₁、C₂……C_k共k个电容串联构成L型变换器的纵轴；可控开关S_k1的一端经电感L_A与电源正极相连，电源的负极与横轴各个节点之间均有由可控开关S₁₃、S₂₃……S_k3构成的支路；电容C_i与C_(i+1)之间的节点和横轴上可控开关S_i1与S_(i+1)1的节点之间是由可控开关S₁₂、S₂₂……S_k2构成的支路，电容C_k的一端通过二极管与可控开关S_k1和电感L_A的节点相连，且二极管的阴极端接电容C_k；i＝1，2……k-1，k为正整数，目k大于等于1；通过扩展T型结构的横、纵轴以及开关支路，拓展变换器。
文档编号H02M3/04GK101521458SQ20081022750
公开日2009年9月2日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者湖 孙, 张立伟, 杨中平, 飞 林, 游小杰, 王琛琛, 贺明智, 郑琼林, 郝瑞祥, 黄先进 申请人:北京交通大学